調(diào)壓閥膜片改造使用效果優(yōu)化

蔚生軍，米燕華，王平安，段明霞，魏雪巖

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西輸林 719000）

以供氣站為例，調(diào)壓閥主要用于供給民用氣調(diào)節(jié)，由于下游用戶用氣量突增與突降，易導(dǎo)致管線的欠壓與超壓。調(diào)壓閥的正常工作對管線安全平穩(wěn)運行起到?jīng)Q定性作用。通過改造優(yōu)化調(diào)壓閥膜片，降低膜片損壞頻率，減小停氣對下游用氣的影響，降低備料成本，實現(xiàn)了降本增效的目的。

1 調(diào)壓閥的工作原理及結(jié)構(gòu)

1.1 調(diào)壓閥的工作原理

圖1 PRX120 型號調(diào)壓閥原理及結(jié)構(gòu)示意圖

調(diào)壓閥是安裝在天然氣管道上的重要部件，其作用是將較高壓力且不穩(wěn)定的氣源壓力調(diào)節(jié)成較小且相對穩(wěn)定的氣源，給下游用戶提供合適穩(wěn)定的氣源，同時具有切斷保護功能，為用戶安全用氣提供保障[1]。本廠在用的各類調(diào)壓閥有上百個，主要用于地方民用氣供給調(diào)節(jié)和發(fā)電機、鍋爐、自用氣等管路（見圖1）。

1.2 調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)

調(diào)壓閥主要由執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥體兩大主體組成。執(zhí)行器是整個調(diào)節(jié)閥的核心，主要由引壓管、過濾器、隔離皮膜、調(diào)整螺絲及彈簧、連桿、閥芯、閥座等機構(gòu)組成[1]。

2 調(diào)壓閥膜片改造使用效果優(yōu)化

2.1 調(diào)壓閥運行現(xiàn)狀

橫山供氣為民用氣，由于下游用戶用氣量突增與突降，易導(dǎo)致管線的欠壓與超壓。因此目前共安裝兩臺調(diào)壓閥，對下游管線壓力實時調(diào)整控制。調(diào)壓閥的正常工作對管線安全平穩(wěn)運行起到?jīng)Q定性作用。

實際生產(chǎn)中，供氣站外貿(mào)供氣管線調(diào)壓失效頻率高。由于調(diào)壓閥執(zhí)行機構(gòu)頻繁故障關(guān)閉、停氣維修不僅增加作業(yè)區(qū)工作量，也致使下游用戶供氣困難。且進口配件購買成本高，備料周期長，備料較困難。

2.2 調(diào)壓閥故障原因分析

為解決調(diào)壓閥執(zhí)行機構(gòu)頻繁故障關(guān)閉的問題，進行現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)頻繁故障的原因為：在生產(chǎn)過程中，調(diào)壓閥膜片變形（變形量0.5 mm～1 mm 即失效），堵塞指揮閥下游壓力取壓噴嘴，導(dǎo)致調(diào)壓閥關(guān)閉，切斷供氣（見圖2、圖3）。

2018 年供氣調(diào)壓閥故障39 次，其中夏季橫山供氣調(diào)壓閥膜片失效變形速度較慢，維修更換周期為20天/次。冬季膜片失效變形速度較快，維修更換周期為5天/次。

由于調(diào)壓閥為進口設(shè)備，膜片配件組織周期長，且膜片變形失效頻率過高，通過分析討論，確定通過尋找易于取得且失效變形更慢的膜片替換材料，將供氣站橫山供氣調(diào)壓閥膜片故障維修次數(shù)降低至20 次/年。

試驗發(fā)現(xiàn)天然氣中凝析油對膜片變形有影響：將膜片置于凝析油中，測量其變形量，發(fā)現(xiàn)在凝析油中浸泡時，易發(fā)生變形，且時間越長，變形量越大（見表1）。

圖2 供氣站外貿(mào)計量調(diào)壓閥現(xiàn)場圖及執(zhí)行機構(gòu)拆解圖

圖3 膜片變形前后對比照片

表1 凝析油浸泡變形量試驗結(jié)果表

試驗發(fā)現(xiàn)高溫、低溫對膜片變形有影響：通過將膜片置于-20 ℃及50 ℃的溫度下，測試變形量，得出雖然隨著溫度變化，膜片厚度發(fā)生改變，但變化不足以導(dǎo)致膜片變形量達到失效厚度。經(jīng)過分析確認(rèn)得出主要原因是天然氣中的凝析油。

2.3 調(diào)壓閥膜片改造

針對目前膜片變形的主因凝析油，決定優(yōu)選抗壓耐油且材質(zhì)較柔軟的替換材料。

第一階段：材料選定（耐油性試驗）。

試驗內(nèi)容：膜片備選材料的耐油性試驗。

試驗?zāi)康模簝?yōu)選出在凝析油中長期使用后變形量小的材料。

試驗思路：將備選材料制作成膜片形狀的樣品，浸入凝析油96 h 后，測量不同樣品的變形值，并優(yōu)選出變形量小的材料。為減少任務(wù)誤差，保證試驗的準(zhǔn)確性，共選取三組樣品，取變形平均值作為最終結(jié)果。并將原膜片一同進行試驗，作為對照試驗。

試驗過程：優(yōu)選抗壓抗油、材質(zhì)較柔軟的聚四氟乙烯類、聚氨酯類可塑材料共4 種：樣品1、樣品2、樣品3、樣品4（備注：為保障試驗結(jié)果的有效，另取原膜片置于相同環(huán)境進行對照試驗，為樣品5）分別加工成調(diào)壓閥膜片尺寸厚度后，浸泡于凝析油中進行96 h 等時試驗，共進行三組試驗（見圖4）。

試驗結(jié)果：對三組試驗樣品的試驗結(jié)果進行匯總，通過取平均值消除誤差，得到以下結(jié)果（見表2）。

圖4 試驗樣品選定圖

表2 替換材料耐油試驗結(jié)果表

試驗結(jié)論：樣品3、樣品4 的變形量相對較小，且均較目前使用膜片樣品5 變形量小，將選取這兩個材料加工件進行第二階段現(xiàn)場測試。

第二階段：現(xiàn)場測試（耐壓、耐溫性試驗）。

試驗內(nèi)容：膜片備選材料的耐壓、耐溫性試驗。

試驗?zāi)康模簝?yōu)選出在現(xiàn)場生產(chǎn)中使用時間最長的材料。

試驗思路：將備選材料制作成調(diào)壓閥密封件，安裝于橫山供氣調(diào)壓閥，并記錄其正常工作使用時間，優(yōu)選出工作時間最長的密封件。由于供氣站橫山供氣夏季與冬季的供氣量與外部溫度差異極大，因此現(xiàn)場應(yīng)用將分為兩步（夏季、冬季）進行。

試驗過程：為保障試驗期間下游用戶用氣正常，將供氣站橫山供氣一線調(diào)壓閥作為試驗對象，將樣品3、樣品4 加工成調(diào)壓閥密封件（見圖5）。

圖5 樣品加工成品圖（樣品3 左樣品4 右）

試驗結(jié)論：樣品4 在現(xiàn)場生產(chǎn)承壓狀態(tài)下，變形較快，正常工作時間夏季為12 d、冬季為8 d。樣品3 在現(xiàn)場承壓狀態(tài)下，變形較慢，正常工作時間夏季為31 d，冬季為15 d。

因此現(xiàn)場測試結(jié)果正常工作時間排序為：樣品3>目前使用膜片>樣品4。

因此選用樣品3 為調(diào)壓閥膜片替換材料。

2.4 調(diào)壓閥膜片改造使用效果

通過改造，實現(xiàn)了降本增效的目的。具體成效如下。

（1）大大降低了維修頻次。夏季維修頻率從20 天/次降低為30 天/次，冬季維修頻率從7 天/次降低為15天/次，有效降低員工勞動強度。

（2）等待備料時間大大縮短。因密封件是進口配件，正常組織材料周期長（10 個月左右），而加工料僅需3 天。

（3）大大降低材料成本。加工配件每個成本費為260 元/個，原配件修理包成本費為3 100 元/個。

（4）增加經(jīng)濟效益：

①增產(chǎn)氣量經(jīng)濟效益（按當(dāng)前每立方米天然氣1元計算）：

更換調(diào)壓閥膜片現(xiàn)場操作需1 h，期間下游停氣。全年減少更換次數(shù)21 次，按照全年橫山供氣日均5.2×104m3，減少停氣21 h。

增產(chǎn)天然氣經(jīng)濟效益=21×（5.2/24）=4.55（萬元）

②節(jié)省材料購置費用經(jīng)濟效益：

原配件修理包成本費為3 100 元/個，年更換量39個?，F(xiàn)加工配件成本為260 元/個，年更換量18 個。

3 結(jié)論及認(rèn)識

以對調(diào)壓閥膜片改造優(yōu)化為目標(biāo)，在充分利用已有材料的基礎(chǔ)上，有效的降低了橫山供氣調(diào)壓閥膜片更換頻次，降低了員工勞動強度、節(jié)省了配料購置成本、減小了停氣對下游用氣的影響，是調(diào)壓閥膜片改造的有效方法。